焊盘平整度光学3D轮廓测量-3D白光干涉仪

1 、引言

焊盘作为电子封装与电路连接的核心节点，其平整度直接决定焊接质量、互连可靠性及电子器件的使用寿命。焊盘表面不平整易导致 solder joint 空洞、虚焊、桥连等缺陷，尤其在高密度封装领域，微小的平整度偏差就可能引发信号传输干扰或器件失效。因此，精准表征焊盘的三维轮廓与平整度参数，是电子制造过程中质量控制的关键环节。传统测量方法如接触式轮廓仪易划伤焊盘表面镀层，且测量效率低；光学显微镜仅能提供二维图像，无法量化三维平整度指标。3D白光干涉仪凭借非接触、纳米级精度、全视场快速成像的技术优势，为焊盘平整度的精细化测量提供了高效解决方案。本文探讨3D白光干涉仪在焊盘平整度测量中的应用，明确测量流程与关键技术要点，为电子封装质量控制提供技术支撑。

2、 样品制备与选取

选取FR-4基板PCB（印刷电路板）上的Cu/Ni/Au三层镀层焊盘为研究对象，焊盘尺寸为0.8mm×0.8mm，镀层总厚度5μm（Cu层4μm、Ni层0.8μm、Au层0.2μm）。样品预处理：用异丙醇超声清洗焊盘表面去除助焊剂残留与灰尘杂质，氮气吹扫烘干后备用。考虑到PCB板上焊盘的分布特性，选取板边缘、板中心及高密度焊盘阵列区域的3组焊盘作为测量对象，每组选取5个特征焊盘，重点观测焊盘表面起伏、边缘翘曲及镀层均匀性，规避焊盘边缘的阻焊剂覆盖区域。

3、 3D白光干涉测量系统

采用SuperView W1型3D白光干涉仪完成测量，仪器核心组成包括宽光谱白光光源（波长400-700nm）、分光干涉模块、压电精密扫描系统及图像采集处理单元。针对焊盘小尺寸、高平整度要求的特征，优化测量参数：选用50倍长工作距物镜，扫描范围200μm×200μm，Z轴扫描步长0.005μm，干涉信号采样频率150Hz；测量时采用真空吸附平台固定PCB板，确保样品平整无晃动，避免因基板变形导致测量误差。测量前采用标准纳米台阶样品（高度差5nm）进行校准，确保高度测量误差≤0.03nm，满足焊盘平整度的精细表征需求。

4、测量原理

3D白光干涉仪基于白光低相干干涉原理实现测量。宽光谱白光经分光镜分为参考光与测量光，参考光射向固定参考镜反射，测量光投射至焊盘表面后反射，两束反射光汇合后产生干涉条纹。因白光相干长度极短（1-2μm），仅当两束光光程差趋近于零时形成清晰干涉峰值信号。通过压电驱动装置带动参考镜沿Z轴精密扫描，探测器实时采集各像素点干涉强度变化，生成干涉信号包络曲线，其峰值位置对应像素点高度坐标。整合全

突破传统局限，定义测量新范式！大视野 3D 白光干涉仪凭借创新技术，一机解锁纳米级全场景测量，重新诠释精密测量的高效精密。

三大核心技术革新​

1）智能操作革命：告别传统白光干涉仪复杂操作流程，一键智能聚焦扫描功能，轻松实现亚纳米精度测量，且重复性表现卓越，让精密测量触手可及。​

2）超大视野 + 超高精度：搭载 0.6 倍镜头，拥有 15mm 单幅超大视野，结合 0.1nm 级测量精度，既能满足纳米级微观结构的精细检测，又能无缝完成 8 寸晶圆 FULL MAPPING 扫描，实现大视野与高精度的完美融合。​

3）动态测量新维度：可集成多普勒激光测振系统，打破静态测量边界，实现 “动态” 3D 轮廓测量，为复杂工况下的测量需求提供全新解决方案。​

实测验证硬核实力​

1）硅片表面粗糙度检测：凭借优于 1nm 的超高分辨率，精准捕捉硅片表面微观起伏，实测粗糙度 Ra 值低至 0.7nm，为半导体制造品质把控提供可靠数据支撑。​

（以上数据为新启航实测结果）

有机油膜厚度扫描：毫米级超大视野，轻松覆盖 5nm 级有机油膜，实现全区域高精度厚度检测，助力润滑材料研发与质量检测。​

高深宽比结构测量：面对深蚀刻工艺形成的深槽结构，展现强大测量能力，精准获取槽深、槽宽数据，解决行业测量难题。​

分层膜厚无损检测：采用非接触、非破坏测量方式，对多层薄膜进行 3D 形貌重构，精准分析各层膜厚分布，为薄膜材料研究提供无损检测新方案。​

新启航半导体，专业提供综合光学3D测量解决方案！